飞秒激光直写光量子逻辑门

量子比特在同一时刻可处于所有可能状态上的叠加特性使得量子计算机具有天然的并行计算能力,在处理某些特定问题时具有超越经典计算机的明显优势.飞秒激光直写技术因其具有单步骤高效加工真三维光波导回路的能力,在制备通用型集成光量子计算机的基本单元—量子逻辑门中发挥着越来越重要的作用.本文综述了飞秒激光直写由定向耦合器构成的光量子比特逻辑门的进展.主要包括定向耦合器的功能、构成、直写和性能表征,集成波片、哈达玛门和泡利交换门等单量子比特逻辑门、受控非门和受控相位门等两量子比特逻辑门的直写加工,并对飞秒激光加工三量子比特逻辑门进行了展望.     

基于飞秒激光写制波导的PPKTP晶体倍频实验研究

在PPKTP晶体上进行了飞秒激光刻写波导的实验研究,优化了c-切PPKTP晶体中写制二型波导的工艺参数.当波导长度为10mm,宽度为14.5μm,准相位匹配波长为1064nm时,实现了单模传输.利用该波导对调QNd:YAG激光进行了准相位匹配倍频实验,实现的二次谐波转换效率为39.8%.     

时空光场调控以及时空光涡旋波包的研究进展(特邀)

综述了时空耦合光场,包括时空光场的理论背景,产生时空光场的实验方法,以及时空光涡旋波包的研究现状.由于时空光场的生成涉及色散与衍射效应之间微妙的相互作用,尽管用于产生时空耦合光场的实验装置与现有的4f脉冲整形器实验装置几乎相同的,但与传统的脉冲整形或光束整形技术相比,时空光场的生成过程更为丰富.新型时空光场具有独特的光...     

基于飞秒激光直写的单向单模耦合微腔

对具有高Q值的回音壁模式微腔进行调制来获得单向单模输出,对研究腔光力学和开发高质量的微激光具有重要意义.本文对利用飞秒激光直写加工的耦合回音壁模式微腔的研究进行了简要回顾,具体介绍了微腔结构设计、加工过程、激射和耦合机制研究等.利用飞秒激光直写加工的强大三维图案化能力,灵活地设计实现了具有集成功能的单个微腔和具有不同空间组合位置的多个耦合微腔.基于耦合微腔的微激光具有低阂值,同时显示出良好的单模特性和单向性.结合理论模拟可以证实,微腔与微腔/光栅之间的耦合,一方面支持游标效应和集成滤波两种选模方式,另一方面能够破坏微腔的旋转对称性从而获得单向输出,从而实现了对微腔输出的有效调控.     

飞秒激光在玻璃材料中制备光波导和微反射镜

飞秒激光脉冲与物质相互作用会产生多种非线性现象，会引起材料结构的改变和材料折射率n的变化。我们利用波长为800nm，脉宽为120fs，频率为1kHz的飞秒激光脉冲，在不同玻璃材料中制作出了横截面直径在5μm—10μm，长度为1.5cm的柱状区域。用He—Ne激光器的632.8nm激光进行光耦合，观察到光波导效应。由NA=（2n^*△n^1/2）粗测△n为0.001—0.008。在K9玻璃中制作出厚为2μm，长为1.5cm的片状区域，发现全反射现象，表明n变小，变化量大约为—0.006。这些现象可为在集成光学上制备光波导、光栅、光反射镜、三维集成光路等微结构制做提供崭新的方法。同时，利用光谱和原子力显微形貌（AFM）对结构变化引起n变化的物理机制进行了讨论。     

飞秒激光在掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃中写入光波导及波导激光器的实验研究

利用重复频率为1kHz,中心波长为800nm,脉冲宽度为120fs的飞秒激光在掺Yb3+磷酸盐玻璃中刻写光波导,测试了不同参数下刻写的波导的导光模式,研究了写入速度和写入脉冲能量对模场直径、波导折射率的影响,给出了波导形成的写入窗口范围,对比测试了激光作用区域和未作用区域的荧光光谱特性。实验结果表明,在采用20×显微物镜,写入速度为20μm/s,写入脉冲能量为1.8μJ时,所得到的光波导在976nm波段模场直径为20μm,波导区域折射率改变为2.7×10-4,飞秒激光作用区域的荧光光谱与基质的荧光光谱几乎完全重合,荧光特性在飞秒激光作用后保持良好。利用双色镜和2%的输出耦合镜构成了法布里-珀罗(F-P)腔掺Yb3+波导激光器,获得了波长为1031nm的连续激光输出,激光功率为2.9mW。     

光场纵向调控研究进展(特邀)

得益于特殊的空间结构,振幅、相位、偏振态面内调控的光场在传输及与物质相互作用过程中展现了诸多引人瞩目的新效应和新现象.随着空间结构光场的深入研究和广泛应用,沿着传输方向的光场调控也逐渐引起注意,由此发展出了一系列具有新颖传播特性,以及空间三维结构的调控光场.本文综述了针对传输方向的光场调控研究进展,包括光场强度沿纵向的...     

飞秒激光在铽镓石榴石中的光刻光波导

飞秒激光光刻是一种灵活的三维光子器件制作方法。由于铽镓石榴石具有法拉第效应,具有广泛的应用,利用中心波长为800nm,重复频率为1kHz的飞秒激光,在磁致旋光晶体铽镓石榴石中刻写了双线型和压低圆包层两种光波导,重构了激光诱导折射率改变的分布和测试了光波导的传输损耗。双线型波导具有偏振依赖的导光特性,圆包层波导则不存在偏振依赖的导光特性。对于双线型波导,横电(TE)模和横磁(TM)模相位完全失配,在外加磁场下,导模的偏振面不会发生旋转,光刻的圆包层波导的导模的偏振面能够发生磁致旋转。铽镓石榴石中的双线型和圆包层波导可以作为波导偏振器和磁旋光器件,在集成光学上有潜在的应用价值。     

飞秒激光直写偏振转换器件和几何相位器件(特邀)

光学器件的微型化和集成化是当前研究的热点,其中利用微纳结构实现局域电磁改性的超构光学更是引人关注.本文从微纳结构的制备出发,总结了利用超衍射精密加工的飞秒激光直写技术,制备偏振转换器件和几何相位器件的工作.介绍了微纳结构改性的物理机制,飞秒激光直写光刻胶、飞秒激光烧蚀金属薄膜、飞秒激光诱导纳米光栅等手段在偏振转换器件和...     

微细笔直写聚合物条形光波导的研究

提出一种采用微细笔直写技术直写聚合物光波导的简便方法，利用该技术成功直写出了氟化聚酰胺条形光波导，并着重研究了气体压力和直写速度对波导宽度的影响规律。实验结果表明：直写获得的条形波导的边缘整齐、表面光滑，而且不存在小孔等缺陷或杂质。当其他工艺参数不变的情况下，波导宽度随着气体压力的增加而增大，随着直写速度的增大而减小。微细笔直写获得的条形光波导成功地实现了通光，在波长为1550nm处的最小传输损耗为0.59dB/cm。     

利用飞秒激光直写实现透明介电材料中三维维微微纳结构的制备与集成

本文综述了利用飞秒激光三维直写技术,在玻璃和晶体等透明介电材料中实现微流体、微光学、微电子学等一系列功能性微纳结构,并进一步构筑新型微纳光子器件的原理、技术与应用。     

飞秒激光直写生物凝胶模板原位合成纳米粒子

为了制备具有可控复杂形状和特定化学性质的聚合物微结构,提出了一种飞秒激光直写生物凝胶模板原位合成纳米粒子的方法。首先,采用飞秒激光直写技术加工带有COOH基团的复杂三维结构的生物凝胶模板,用氢氧化钠处理使COOH基团离子化为COO^-基团;然后,用金属盐溶液处理,使金属离子与COO^-基团螯合,形成纳米粒子结晶核。通过多次循环盐溶液处理步骤,控制模板中纳米粒子的粒径与含量。实验结果表明：所制备的生物凝胶模板具有亚100 nm分辨率和10 μm量级尺寸,纳米粒子含量高达9%。该法简单高效,具有很好的应用前景。     

基于光丝效应的飞秒激光单次高质量直接切割薄石英玻璃工艺研究(特邀)

提出了一种基于光丝效应的利用高重频飞秒激光结合高速扫描振镜对200μm石英玻璃进行单次直接切割的方法.优化加工工艺参数,实现了薄石英玻璃的快速高质量切割,加工速度可以达到10 mm/s,崩边小于7.5μm,断面粗糙度小于1μm.该方法实现了薄玻璃切割效率和质量的同步提升,在激光加工领域有较好的应用前景.     

飞秒激光制作铌酸锂光波导的研究

针对Z切割铌酸锂晶体在中心波长为800 nm、重复频率为76 MHz的飞秒脉冲激光下,利用放大倍数为40、数值孔径为0.65的会聚透镜聚焦,研究了扫描速度和扫描次数的变化时刻写光波导结构的影响,分析了波导结构变化的原因,并测试了1×2光波导功分器的通光性能.实验结果表明:在采用横向扫描、聚焦深度为350～400tm、扫...     

飞秒激光制作铌酸锂光波导的研究

针对Z切割铌酸锂晶体在中心波长为800 nm、重复频率为76 MHz的飞秒脉冲激光下,利用放大倍数为40、数值孔径为0.65的会聚透镜聚焦,研究了扫描速度和扫描次数的变化对刻写光波导结构的影响,分析了波导结构变化的原因,并测试了1×2光波导功分器的通光性能.实验结果表明:在采用横向扫描、聚焦深度为350~400 μm、扫描速度为100 μm/s和激光功率为250 mW时,获得较理想的铌酸锂光波导,1×2光波导功分器的输出功率分布基本达到均分.     

低空频模板实现微光变图像的激光直写方法

提出一种采用低空频模板实现微光变图像(micro-optical variable device)的激光直写方法。低空频模版由6×6个不同取向线条状单元图形构成，单元图形由空间光调制器输入，经精缩投影光学系统缩微，在光刻胶面上逐单元曝光。控制单元图形的结构取向能够实现各种复杂设计和特性的微光变图像。在低频光栅模板的基础上，给出了定向散斑结构输入模板的设计方法，它可进一步改进图像的非彩色效果。采用自行研制的SVG-LDW04型激光直写系统制作了微光变图像，其结构特征线度为4μm～100μm。该方法无需机械旋转机构，为实现微光变图像提供了一种便捷有效的手段。